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4. SYSTEMTECHNIKUNDVERSUCHSAUFBAU 83
Abbildung 4.29:KühlleistungderKonsolidierungsrolle inAbhängigkeitvonDurchfluss V˙ undVorlauf-
temperaturT1: *Das turbulenteRegime ist durch dieGnielinski-Korrelation gelöst.
jederzeit auf der gesamten Schweißnahtlänge und bei verschiedenenWerkstoff- und Laminatpaarun-
gen zu gewährleisten, ist eine temperaturgeregeltePlastifizierung in der vorliegendenAnlagentechnik
implementiert.HierzuwirddieOberflächentemperatur alsRegelgröße definiert, dadiese zu jederZeit
währenddesSchweißprozesses amBauteil ermitteltwerdenkannund indirektemZusammenhangmit
derPlastifizierungderMatrixsteht.DerZusammenhangderKerntemperaturmitderOberflächentem-
peratur ergibt sich entsprechendderDifferentialgleichung für dieWärmeleitung. InGleichung4.33 ist
diese für ein inhomogenesMaterialmit innererWärmequelle dargestellt.Die thermischeLeitfähigkeit
ist vomFaservolumengehalt ς undder Faserorientierung abhängig.
ρ(#»r) · c(#»r) · ∂T ( #»r,t)
∂ t =∇· [λ(#»r) ·∇T (#»r,t)]+q(#»r) (4.33)
Bei den hier verwendetenWerkstoffen handelt es sich umbalancierte Faserausrichtungen. Zusammen
mit demsehr kleinenAbstand lPOI desMessfleck, engl. Point of Interest (POI) vonderWärmequelle
kann der streckenbedingteVerlust vernachlässigtwerden, und es gilt dieBedingung
∂EPOI
∂ t = ∂E2Wdg
∂ t . (4.34)
Somit kannangenommenwerden, dass die vorliegendeOberflächentemperaturϑist amPOIderOber-
flächentemperatur direkt am hinteren Induktorende entspricht. Zugleich ist dies die maximal vorlie-
gendeTemperaturwährend der Schweißung.
Die Oberflächentempertur wird berührungslos über das Mittelwellenpyromter (vgl. Kapitel 4.1) er-
fasst. Hierbei sind jedoch zwei Zusammenhänge zu beachten. Zunächst ist die Auswahl des POI so
gewählt, dass er während der fortlaufenden Erwärmung stets den Punkt der höchsten Temperatur
repräsentiert.Dies ist durchdie Studie derGeoemtrie undvorschubabhängigenTemperaturverteilung
bei der induktivenLaminaterwärmunggeschehen (vgl.Kapitel 4.3.1).DurchdieVeränderungdesAb-
standes lPOI zwischenMessfleck und äußerster Induktorwindung lässt sich das Totzeit-Glied Tt der
Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen
Table of contents
- Abkürzungen XIV
- Symbolverzeichnis XVI
- 1 Einleitung 1
- 2 Stand derTechnik 11
- 2.1 ThermoplastischeKunststoffe 11
- 2.1.1 Grundlagen undEinteilung derKunststoffe 11
- 2.1.2 Werkstoffeigenschaften vonThermoplasten 12
- 2.1.3 FaserverstärkteThermoplaste 16
- 2.1.4 Herstellverfahren vonHalbzeugen undBauteilenmit thermoplastischerMatrix 21
- 2.1.5 Konsolidierung vonThermoplasten 22
- 2.1.6 Betrachtung des Schmelzschweißprozesses bei Thermoplasten 23
- 2.1.7 Prüfmethoden 23
- 2.1.8 Ermüdungsverhalten 29
- 2.1.9 ThermischeKunststoffkennwerte 31
- 2.1.10 BildgebendeAnalyseverfahren 32
- 2.1.11 Schadensanalyse 33
- 2.2 Grundlagen der induktivenErwärmung 33
- 2.3 Erwärmung carbonfaserverstärkterKunststoffe 44
- 2.4 Schweißbarkeit 48
- 2.5 Modelle zurmathematischenBeschreibung 51
- 2.1 ThermoplastischeKunststoffe 11
- 3 Aufgabenstellung 53
- 4 Systemtechnik undVersuchsaufbau 55
- 5 Plastifizierung derMatrix 97
- 6 Rekonsolidierung und Schweißnahteigenschaften 151
- 7 FertigungstechnischeUmsetzung 171
- 8 Zusammenfassung 177
- Literaturverzeichnis 178
- Abbildungsverzeichnis 189
- Tabellenverzeichnis 197
- A Zeichnungen, Tabellen undErklärungen 199
- A.1 Werkstoffeigenschaften undDatenblätter 199
- A.2 Numerische Lösungsverfahren 213
- A.3 Datenblätter und Spezifikation derAnlagentechnik 215
- A.4 Berechnungen zu den Strömungszuständen in derKonsolidierungsrolle 224
- A.5 Komponenten undProgrammumgebung derVersuchs-anlage 231
- A.6 Optimierungsmethode 234
- A.7 Festigkeitsuntersuchung 245
- A.8 Prozessfenster 246
- A.9 Prozessfähigkeitsuntersuchung 247
- B Veröffentlichungen 249